裝配式混凝土住宅建筑中BIM技術的有效應用

吳鳳珍

（河南應用技術職業學院，河南 鄭州 450042）

0 引 言

裝配式建筑的發展，推動了城市化發展的進程。截至2022年底，我國城鎮人口總數已超9.2億，城市常住人口城鎮化率為65.22%，比2021年底提高了0.50%。同年我國房屋施工面積達到97億㎡，這不僅消耗了大量的建筑資源，也增加了對自然環境的污染與破壞。在以城鎮化建筑為依托促進社會發展的過程中，亟需引進、普及與可持續理念相匹配的建設與施工模式。裝配式建筑模式能夠將整體建筑細分為各個構件并進行分門別類的生產，而后經由工廠預制再運輸到指定的地點進行現場吊裝與連接，能夠實現從既有“建造”模式到“制造”模式的轉變。裝配式建筑不僅能大大降低混凝土建筑的施工周期與建設成本，同時也可以達到提升建筑質量與效率、維護生態環境的目的，是城鎮化建筑的主要發展趨勢。然而新型的建造模式需要依托與之相匹配的管理技術，建筑信息模型（Building Information Modeling，后文簡稱BIM）技術的優勢也使其成為加強裝配式建筑質量、效率與經濟性的最好保障。本文以鄭州某裝配式混凝土建筑工程為例，對BIM技術的應用優勢與技術要點進行分析，研究成果可為相關領域的工作人員提供經驗借鑒與參考。

1 工程概況

該項目工程為4棟裝配式混凝土框架結構倒班樓所組成的住宅建筑，其總建筑面積為18042.4m2，每棟建筑共計地上7 層，每層高度為3.55m，東西方向寬度為13.55m，南北方向長度為59.4m，依照《裝配式建筑評價標準》（GB∕T 51129-2017）對該建筑的預制構件進行計算，可知其總裝配率為75.3%，達到A級裝配式建筑的標準，該項目的單棟建筑BIM模擬圖如圖1所示。

圖1 項目BIM模擬圖

2 BIM技術在設計中的應用

2.1 建筑平面標準化設計

在項目前置規劃與設計階段，依照項目承辦方所提出的套間住宅配套功能需求，以BIM技術為依托對若干備選設計方案進行對比分析，最終確定以開間3.5m、進深11.4m的標準戶型開展建設，針對不同業主的個性化住宅需求可以在后續的裝修階段通過對內部空間的深化設計與建設達成目的。

2.2 立面預制構件的設計

以BIM技術為依托，實現對南北方向立面構件的三維立體化設計與展示，設計2塊∕套的標準化外掛板，通過每套外掛板的個性化交錯、排序、安裝實現建筑項目立面的多元化建設以及建筑構件的標準化生產。

2.3 結構預制構件的設計

基于裝配式建筑對時間、經濟成本的需求，采用“少規格、多組合”的設計原則[1]，將該項目中所需要的預制構件拆分為：5種預制疊合梁；5種預制疊合樓板；2種預制柱；4種外掛墻板；1種預制樓梯以及1種預制沉箱構件。借助BIM 平臺對不同預制構件進行深化設計與建設模擬，實現對構件的標準化設計，同時落實對生產質量的精準控制。

2.4 創設建筑項目預制構件線上資源庫

在完成裝配式BIM預制構件模型的設計與建模后，不斷增加虛擬建模的種類與數量，豐富預制構件資源并創設能支撐工程承包團隊、監理團隊、施工團隊等多組織協同設計、即時交流的線上資源庫、線上設計平臺[2]。

2.5 深化預制構件圖紙

依托BIM建圖軟件構件圖紙深化作業，創設可交互性的三維立體環境，利用系統自動檢測各環節圖紙中存在的瑕疵與問題，用以幫助項目設計人員對各構件進行精細化的設計，避免今后其生產過程中出現因各構件質量問題而導致的返工情況[3]。該項目在預制構件圖紙深化環節中共發現包含鋼筋沖突、預制構件規模差異、箍筋位置超出墻體等在內的47項問題，在結合BIM模擬檢測結果對現有圖紙進行優化設計后，直接提升了圖紙設計環節的作業質量，同時也為后期的施工環節夯實了數據基礎。除去對圖紙的深化設計外，還需要以BIM技術為依托，對建筑的梁柱節點進行線上預拼裝模擬作業。在保障各結構安全穩定的前提下，在BIM環境中以更直觀的方式對各項連接工藝進行深入研究與細致調整，從根源上避免梁柱節點鋼筋碰撞問題，制定更適合工程項目作業需求的梁柱吊裝順序方案（如圖2所示）。

圖2 基于BIM技術的預裝構件拼裝模擬圖

3 BIM技術在裝配式混凝土預制構件生產中的應用

3.1 BIM三維模具設計與生產工藝模擬

在Solidworks中輸入已完成系統與人工監測的BIM三維模型，而后依托項目建設需求在該軟件中進行三維模具模型設計[4]。基于預制構件預拼裝與脫模的角度對模具進行深化設計，保障模具的精準性、經濟性與實用性。而后結合實際參數制作各類預制構件的生產模擬視頻，邀請設計、運輸以及施工等各環節技術人員對相關視頻進行三維可視化交底，保障穩定作業。

3.2 BIM輔助預制構件生產

借助BIM信息化技術直觀表達預制構件生產加工過程中的配筋空間關系等。借助相關軟件程序自動生成下料單、派工單等生產資料，同時利用可視化表達幫助生產技術人員更好地分析設計意圖與生產預期，提升生產效率與質量。最后結合BIM模型對已完成加工的預制構件進行校驗與驗收[5]。

4 BIM技術在裝配化施工階段的應用

4.1 構建線上平臺

基于裝配式混凝土建筑的建設需求，構建業主、設計、生產、運輸、施工、監理等多單位進行即時交流與技術交底的平臺。該項目綜合各單位作業需求，最終敲定使用具有輕量化、低時延等優勢的EBIM云平臺實現各單位在作業中的即時交流。以該平臺中的二維碼生成與識別技術為依托，將設計、生產與施工三方進行緊密銜接，以便于在各方有需要的情況下都能通過線上點擊亦或是線下掃碼的方式對各預制構件的詳情參數、安裝說明等進行了解與反饋。同時滿足相關人員利用筆記本、手機、平板甚至智能手表等查閱相關預制構件信息、開展即時交流的需求，有效解決傳統建筑項目中的“信息孤島”問題（掃描構件對應二維碼后可得到的信息圖如圖3所示）。以EBIM云平臺為依托，幫助相關作業人員快速準確地了解建筑構件與建筑材料的具體數量，同時為工地的物料采購與精細化材料管理工作提供數據基礎[6]。從根源上避免材料堆存、材料庫存不足、材料數據申報不精準等問題以及相關問題引發的工期延誤、成本超標等。

圖3 構件溯源圖示（手機端）

4.2 三維化場布

結合BIM技術構建三維立體化的施工場地模型，對施工現場中諸如構件運輸線路、存放區域、施工場地道路、臨時水電線路、臨時作業區域等進行布置。以預制構件運輸線路為例，該項目結合構件規模、運輸車輛承載力、運輸效率等各方面需求，最終敲定運輸PC構件的道路總體寬度需在4m以上，最小轉彎半徑需要在15m左右，方能夠精準適配該項目的構件運輸需求，達成最經濟、最高效的吊裝作業效果。

4.3 可視化技術交底

以BIM技術為依托，對各類預制構件的安裝工序進行線上三維化模擬，生成相應的安裝視頻向技術人員與施工人員、監理人員等進行技術交底，強化相關人員對現場作業的技術儲備。同時保障相關人員在有需要的情況下能夠及時查閱、調取、觀看模擬安裝視頻，以便于其及時調整現場施工細節，優化施工質量。

4.4 施工進度控制

關聯現場施工進度與線上BIM信息施工模型，將空間和時間信息整合在線上可視化4D信息模型中，對后續各個工序的施工流程、施工時間、材料損耗等信息進行預測。幫助技術人員宏觀分析施工過程中可能出現的技術故障與風險隱患，對主要的施工技術、材料資源、人員配置等進行合理的調度與優化。

4.5 裝配式混凝土建筑施工工藝模擬

以項目建設需求為根本，進行基于BIM技術的施工工藝與施工流程模擬演示。過程中需要清晰闡述與工程相關的所有材料與工藝參數、工藝流程信息等，可采用文字描述、視頻表達與語音表達的方式，重點強調施工過程中的難點、重點信息，并依托于BIM技術所模擬的施工結果，對各環節流程以及各個工藝技術進行優化。

5 BIM技術在裝配式混凝土建筑中的綠色化應用

5.1 在建筑材料方面的綠色化應用

BIM技術可以對建筑工程的各項物料與資源進行匯總、調配，輔以多端口線上信息平臺以及二維碼生成與識別技術，可以幫助技術人員在短期內明確各建筑資源的信息與用量，精準計算工程總消耗。除此之外，BIM技術還能夠對工程中的暖通、給排水設計進行高效集成，從根源上避免建筑材料的浪費，用以促進項目達成綠色建筑的目的。

5.2 在節約水資源方面的應用

利用BIM技術創設建筑模型，同時將建筑所在地的水文條件、降雨信息等數據導入到模型之中，依托系統自帶的計算公式，得出精準的數據。以此幫助技術人員精準規避降雨天氣對施工作業的影響，同時助力其自主采集、回收雨水作建筑補給水，降低整體工程所造成的水資源損耗。

5.3 在建筑室內外環境優化中的應用

一方面，將BIM技術應用于建筑外環境設計中，在模擬室外環境的基礎上，對建筑周邊的綠化、垃圾回收等公共設施進行模擬，使得建筑與生態環境能夠達成最佳平衡；另一方面，將BIM技術與室內布局設計進行關聯，依托建筑所在地氣候、地理信息構建相應的采光、通風、保溫方案，在突出裝配式建筑綠色化優勢的基礎上，降低業主入住后的采光、保暖成本與電力資源損耗。

6 結束語

綜上所述，BIM模型能夠充分整合建筑項目全生命周期中的各種數據信息，從而為項目的策劃、設計、構件制作以及施工、運維等各環節提供協同作業、技術交底的平臺。科學應用BIM技術不僅能夠在生產效率、作業質量與建設經濟成本方面提供助力，同時可以為智能化、智慧化的現代建造項目提供最為重要的技術基礎。加強對BIM技術的研究，能夠進一步地發揮裝配式混凝土建筑的優勢，對整體建筑業的發展起到至關重要的作用。